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全息光栅的设计与制作

2007年4月1日 10
现代光学系列实验--全息光栅的设计与制作
1. 为什么使用全息干板记录两平行激光束的 干涉 条纹, 只要 是 正确 曝 光 、显影得当, 则所得 到 的光栅为 正弦型,即其 振幅透过 率按 余弦分 布 ? 2. 莫尔条纹是如何形成的?一定要用两块实 际的光栅重叠在一起才能够产生莫尔条纹吗?
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ϕ
N ϕ
θ
H

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ϕ
当 干板转动 一小角度ϕ时, 对应干涉条纹的空间周期变为
H s ϕ
d d1 1 f 0 ' = ' = cos ϕ = f 0 cos ϕ d d 莫尔条纹的空间频率 ∆f 0 = f 0 '− f 0 = f 0 (1 − cos ϕ )
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故:
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现代光学系列实验--全息光栅的设计与制作
复合光栅是指在同一 张 全息 干板上拍摄 两 个 栅 线彼此平行但空间频率不同的光栅。若第一次曝光 拍摄空间频率为f0的光栅,然后保持光栅栅线方向, 仅改变光栅的空间频率,在同一张全息干板上进行 第二次曝光,拍摄空间频率为f0‘的光栅。照明时, 复合光栅将出现莫尔条纹,其空间频率 fm 是 f0和 f0' 的差频,即
f m = ∆f 0 = f 0 − f 0 '
上述制得的即为复合光栅。
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拍摄 复合光栅的光路可 如 图 所 示。为改变 第二次 曝 光时的光栅空间频率, 只须 改变两束准直光之间 的夹角 θ 。改变 θ 角的方 法 有两种,一种是 使 图中的 M1和M2作适当等量的平移 ( 反向 或 相向 ) ;另 一种 方 法 是 沿水平 方 向旋转干 板 H, 以改变 θ ,从而改变 d(或f0)。
现代光学系列实验--全息光栅的设计与制作
王仕璠 教授 刘 艺 副教授
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现代光学系列实验--全息光栅的设计与制作
全息光栅是一种重要的分光元件。它与传统的 刻痕光栅比较,具有光谱中无鬼线、杂散光少、分 辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等优 点。现在,全息光栅已广泛用于光谱仪器、θ调制技 术、集成光学中作光束分束器、耦合器和偏转器等。 在光信息处理中,它既可作为调制器用于图像相减、 边缘增强、消模糊处理等,又可作为编码器,对黑 白图片实现假彩色编码。
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He-Ne 激光器 (40mW 左右) 1 台 电子快门 扩束镜 分束镜 反射镜 1个 2个 1个 2个
准直镜 白屏 米尺(公用) 全息干板
2个 1个 1把 若干小块
可水平旋转的干板支架 1 个
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现代光学系列实验--全息光栅的设计与制作
1. 掌握制作正弦型和矩形全息光栅的原理和方 法。 2. 掌握制作复合光栅的原理和方法,观察莫尔 条纹。 3. 通过实验,制作一个低频全息光栅和一个复 合光栅,并观察和分析实验结果。
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p f0" = 2lλ
θ He-Ne 激 光 器
p
H
l
全息光栅衍射花样及空间频率检测
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2.复合全息光栅的制作: 搭建实验光路,采用两次曝光,第一次曝光记 录光栅条纹的空间频率 仍 定为 f0=100 线 / mm。 然 后 , 调 节安装 干板 架 的 二 维 大 镜座 的方 位 角 微 调 旋钮,使全息干板水平旋转一个角度ϕ之后,再进 行第二次曝 光。 本 实验要求第二次曝光记录的光 栅空间频率为f0'=98线/mm。 两 次曝 光的全息 底片经 显影、 定 影、 漂 白等处 理后即制得复合光栅。 最 后 是 测量 复合光栅的 莫尔 条纹的空间频率, 并与设计值作比较。
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现代光学系列实验--全息光栅的设计与制作
1.低频全息光栅的制作: ①光路参数估算 首先按图3-1-1所示实验光路,根据所要求制作 的全息光栅的空间频率f0(=100线/mm),由公式估 算出两光束之间的夹角θ和相应的光路参数l、D。 ②光路的布置和调整 ③曝光和显影、定影处理 ④观察实验结果 用细 激光束直 接照射 光栅,在其 后 的 白屏上观 察衍射图样,计算光栅的实际空间频率。
如图表示记录全息光栅的一种光路。光栅常数或 空间频率由下式决定
θ 2d sin = λ 2
式中 d 称为光栅常数,其倒数即为光栅的空间频率 f0=1/d。θ 是两束准直光之间的夹角, λ 为激光波长。
M1 L1 L2
B.S 电子 快门 2D l
θ
He-Ne 激光器
H M2 L3 L4
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改变两束光之间夹角 θ 的值便可控制光栅条纹密 度(即d的大小)。根据光栅方程,当θ值减小时, d值将增大,从而f0将减小。可以估算出,在低频光 栅的情况下,θ值是很小的,此时有:
d = λ /θ
又:
θ θ D tg ≈ = 2 2 l 1 2D f0 = = d lλ
1. 王仕璠,信息光学理论与应用,第5章,北京: 北京邮电大学出版社,2004.3 2. 王绿苹主编,光全息和信息处理实验,重庆: 重庆大学出版社,1991, P39~45
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